Охранная сигнализация на основе лазерной указки
В последнее время лазерные указки получили широкое распространение. Они продаются в магазинах и на радиорынках, а их стоимость невысока. Узконаправленный луч, излучаемый такой указкой, можно использовать в охранной технике.
Этому и посвящена предлагаемая статья.
Внимание! Лазерное излучение опасно для глаз и может вызвать повреждение кожного покрова. При работе с источниками лазерного излучения избегайте попадания луча на людей.
Инфракрасные лазеры с их невидимым излучением широко используются в профессиональных охранных системах. К сожалению, радиолюбители располагают пока лишь одной разновидностью лазерного излучателя - указкой красного свечения.
Она имеет небольшую мощность излучения, не более нескольких милливатт, безопасна для людей и животных, однако не рекомендуется направлять лазерное излучение непосредственно в глаза.
Излучение лазерной указки в импульсном режиме настолько малозаметно, что в скрытности она мало уступает инфракрасным излучателям, а в части юстировки системы имеет перед ними явное преимущество.
Схема импульсного излучателя на базе лазерной указки показана на рис. 1. Частоту следования вспышек лазера задает генератор, собранный на элементах DD1.1 и DD1.2. При указанных на схеме номиналах эта частота примерно равна 5 Гц. За счет дифференцирующей цепи С2RЗ на выходе элемента DD1.4 формируются короткие импульсы длительностью 10 мкс.
Эти импульсы открывают до насыщения транзистор VТ1, и лазер BI1 формирует вспышки такой же длительности.
Для снижения общего энергопотребления излучателя введен резистор R6, понижающий напряжение питания микросхемы DD1 до 3 В. Тумблер SA1 предназначен для включения режима непрерывного излучения при юстировке.
Устройство собрано на печатной плате (рис. 2) из двусторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1 мм Фольгу под деталями используют лишь в качестве общего провода. Соединения с ней выводов конденсаторов, резисторов и других элементов показаны зачерненными квадратами; квадратом со светлой точкой в центре показано “заземление" вывода 7 микросхемы DD1.
Рис. 1. Принципиальная схема лазерного передатчика - модулятора.
Все резисторы - МЛТ-0,125. Конденсаторы С1 и С2 - КМ-6, С3 и С4 - К53-30.
Лазерную указку нужно укоротить. Отступив от “окна" на 18 мм (конусообразный наконечник вообще удаляют) аккуратно опиливают ее корпус по кругу и отделяют батарейную часть. Со ставшей теперь доступной платы лазера демонтируют кнопку, а излишек платы откусывают (рис. 3).
Все конструктивные элементы излучателя монтируют на пластине 51x30 мм, вырезанной из листового ударопрочного полистирола толщиной 1,5. .2 мм (рис. 4).
Здесь: 1 - лазер в гнезде-обойме; 2 - перегородка для батареи питания; 3 - печатная плата; 4 - наклеенный на перегородку фиксатор печатной платы (две полоски полистирола); 5 - приклеенная к основанию полистироловая опора высотой 10 мм с резьбой под винт М2. Высота деталей на плате должна быть меньше 10 мм.
Рис. 2. Печатная плата передатчика для охранной лазерной сигнализации.
Корпус излучателя изготавливают из того же полистирола в виде открытой коробки. Габариты полностью смонтированного прибора - 56x34x19 мм.
Средний ток, потребляемый импульсным лазерным излучателем, не превышает 10 мкА. При этом импульсный ток в самом лазере - 25...30 мА. Подбором резистора R7 этот ток может быть изменен, в частности увеличен.
При расчете импульсного тока нужно иметь в виду, что последовательно с резистором R7 включен резистор сопротивлением 50...60 Ом, “впечатанный" в саму плату лазера (см рис 3).
Рис. 3. Подключение лазерной указки.
Рис. 4. Корпус охранного устройства на лазерной указке.
Рис. 5. Схема приемника для лазерной сигнализации.
Источником питания излучателя служит 6-вольтная батарея типа 476. Батареи этого типоразмера (013x25,2 мм) имеют емкость от 95 (алкалиновые) до 160 мАч (литиевые) и способны обеспечить непрерывную его работу по меньшей мере в течение года.
Выводы к батарее лучше припаять, поскольку в охранной технике контакт прижимом не обеспечивает достаточной надежности. При столь малом энергопотреблении нет нужды и в выключателе питания (тоже, кстати, весьма ненадежном элементе). Излучатель сохраняет работоспособность при снижении напряжения питания до 4,5 В. Конечно, при этом уменьшается и яркость луча.
Принципиальная схема приемной головки, реагирующей на короткие вспышки лазерного излучателя, показана на рис. 5. Здесь BL1 - фотодиод, обладающий достаточным быстродействием и чувствительностью. Время его включения-выключения должно быть в 5...10 раз меньше длительности вспышки. Ряд подходящих фотодиодов приведен в таблице.
В ответ на каждую вспышку лазера на выходе микросхемы DA1 (вывод 10) возникает единичный импульс, пригодный для непосредственного управления КМОП-микросхемами.
Конструктивно головку рекомендуется выполнить в виде выносного блока. Чертеж печатной платы показан на рис. 6. Резистор R1 - МЛТ-0,125; конденсаторы С1 и С2 - КМ-6, С3 - К53-30, С4 - любой оксидный подходящих размеров.
Корпус головки должен быть светонепроницаемым. Его можно склеить из черного ударопрочного полистирола. Во избежание боковой подсветки к “окну” фотодиода рекомендуется приклеить бленду.
Рис. 6. Печатная плата лазерного приемника.
Ее можно изготовить в виде “колодца" квадратного сечения из того же полистирола. Фотодиод можно закрыть красным светофильтром: он мало ослабит излучение лазера. Для защиты от сильных электрических наводок головку нужно заключить в металлический экран.
Головка имеет низкое выходное сопротивление и может быть связана с прочими элементами фотоприемника тонким трехпроводным шнуром длиной 1...2 м. При установке вне помещения она должна быть защищена от непогоды. Потребляемый головкой ток не превышает 1,5 мА (при напряжении питания 6 В).
При юстировке системы лазер переводят в режим непрерывного излучения и наводку луча осуществляют визуально. Чтобы не расходовать энергию батареи GB1, на время настройки можно воспользоваться внешней 6-вольтной батареей.
Нет нужды говорить о том, что лазерный излучатель, работающий в охранной системе, должен быть не только точно наведен, но и “намертво” закреплен в выставленной позиции (если в системе есть зеркала, то это относится и к ним).
Хотя это не значит, что луч лазера вообще не может отклоняться. Опыт показывает, что вспышку лазера можно зарегистрировать и по его излучению, рассеянному под малыми углами. Надежно фиксировались, например, вспышки лазера, удаленного на 50 м, если головка оставалась в круге диаметром 35 см.
Ю. Виноградов, г. Москва. Р2001, 7.